DLP470NE 0.47 英寸 1080P 數(shù)字微鏡器件深度解析

在顯示技術(shù)的發(fā)展歷程中，數(shù)字微鏡器件（DMD）一直扮演著至關(guān)重要的角色。今天，我們就來(lái)深入探討一下德州儀器（TI）的 DLP470NE 0.47 英寸 1080P 數(shù)字微鏡器件，從它的特性、應(yīng)用到詳細(xì)的技術(shù)規(guī)格，為大家呈現(xiàn)一個(gè)全面的技術(shù)解析。

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一、特性與應(yīng)用概述

特性亮點(diǎn)

DLP470NE 擁有諸多令人矚目的特性。它采用 0.47 英寸對(duì)角線微鏡陣列，具備全高清/1080P（1920×1080）的高分辨率，微鏡間距為 5.4 微米，微鏡傾斜度達(dá)±17°（相對(duì)于平坦表面），底部照明設(shè)計(jì)也為其增色不少。此外，它采用 2xLVDS 輸入數(shù)據(jù)總線，芯片組包含 DLP470NE DMD、DLPC4420 控制器以及 DLPA100 控制器電源管理和電機(jī)驅(qū)動(dòng)器 IC。

廣泛應(yīng)用

該器件的應(yīng)用場(chǎng)景十分廣泛，涵蓋全高清（1080P）顯示、激光電視、移動(dòng)智能電視、數(shù)字標(biāo)牌、游戲以及家庭影院等領(lǐng)域。其高分辨率和高亮度的特點(diǎn)，使其能夠滿(mǎn)足不同場(chǎng)景下的顯示需求。

二、技術(shù)規(guī)格詳解

絕對(duì)最大額定值

在電源電壓方面，Vcc 為 LVCMOS 核心邏輯的電源電壓，范圍是 -0.5V 至 2.3V；VOFFSET 用于 HVCMOS 和微鏡電極，范圍是 -0.5V 至 11V；VBIAS 和 VRESET 用于微鏡電極，VBIAS 范圍是 -0.5V 至 19V，VRESET 范圍是 15V 至 -0.3V。同時(shí)，VBIAS - VOFFSET 和 VBIAS - VRESET 的電壓差絕對(duì)值也有相應(yīng)限制。輸入電壓方面，其他 LVCMOS 輸入引腳的輸入電壓范圍是 -0.5V 至 Vcc + 0.5V，輸入差分電壓絕對(duì)值不超過(guò) 500mV，輸入差分電流不超過(guò) 6.3mA。時(shí)鐘頻率方面，LVDS 接口的 DCLK_C 和 DCLK_D 的時(shí)鐘頻率均不超過(guò) 400MHz。環(huán)境溫度方面，工作溫度范圍是 0°C 至 90°C，非工作溫度范圍是 -40°C 至 90°C，窗口邊緣與陶瓷測(cè)試點(diǎn) TP1 的絕對(duì)溫度差不超過(guò) 30°C，露點(diǎn)溫度在工作和非工作狀態(tài)下均不超過(guò) 81°C。

推薦工作條件

在 LVDS 接口方面，時(shí)鐘頻率最高為 400MHz，輸入差分電壓絕對(duì)值在 150mV 至 440mV 之間，共模電壓在 1100mV 至 1300mV 之間，LVDS 電壓在 880mV 至 1520mV 之間，LVDS 接收器從 PWRDNZ 恢復(fù)所需時(shí)間不超過(guò) 2000ns，內(nèi)部差分終端電阻在 80Ω 至 120Ω 之間，線路差分阻抗在 90Ω 至 110Ω 之間。環(huán)境方面，陣列長(zhǎng)期工作溫度在 10°C 至 40°C 至 70°C 之間，短期工作溫度（最長(zhǎng) 500 小時(shí)）在 0°C 至 10°C 之間，窗口工作溫度不超過(guò) 85°C，窗口邊緣與陶瓷測(cè)試點(diǎn) TP1 的絕對(duì)溫度差不超過(guò) 14°C，平均露點(diǎn)溫度不超過(guò) 28°C，高露點(diǎn)溫度范圍在 28°C 至 36°C 之間，累計(jì)高露點(diǎn)溫度時(shí)間不超過(guò) 24 個(gè)月，照明邊緣光線角度不超過(guò) 55°。固態(tài)照明和燈光照明在不同波長(zhǎng)下的照明功率也有相應(yīng)限制。

熱信息

DLP470NE FXH 封裝 257 引腳的熱阻，從有源區(qū)域到測(cè)試點(diǎn) 1（TP1）為 0.90°C/W。該器件設(shè)計(jì)將吸收和耗散的熱量傳導(dǎo)到封裝背面，冷卻系統(tǒng)需確保封裝溫度在推薦工作條件范圍內(nèi)。器件的總熱負(fù)載主要由有源區(qū)域吸收的入射光決定，同時(shí)窗口孔徑吸收的光能和陣列的電能耗散也有一定影響。光學(xué)系統(tǒng)應(yīng)盡量減少落在窗口透明孔徑外的光能，以提高器件可靠性。

電氣特性

在不同的測(cè)試條件下，該器件的輸出電壓、輸入電流、電源電流和電源功耗等都有相應(yīng)的參數(shù)范圍。例如，在 Vcc = 1.8V，IoH = -2mA 時(shí)，高電平輸出電壓 VoH 為 0.8xVcc；在 Vcc = 1.95V，loL = 2mA 時(shí)，低電平輸出電壓 VoL 不超過(guò) 0.2xVcc。

電容特性

在推薦工作條件下，LVDS 輸入電容、非 LVDS 輸入電容、溫度二極管輸入電容和輸出電容等都有相應(yīng)的典型值和范圍。例如，LVDS 輸入電容在 f = 1MHz 時(shí)典型值為 20pF。

時(shí)序要求

SCP 和 LVDS 的上升時(shí)間、下降時(shí)間、時(shí)鐘周期、脈沖持續(xù)時(shí)間、建立時(shí)間、保持時(shí)間和偏斜時(shí)間等都有嚴(yán)格的要求。例如，LVDS 的上升和下降擺率在 0.7V/ns 至 1V/ns 之間，時(shí)鐘周期 DCLK_C 和 DCLK_D 的 LVDS 對(duì)均為 2.5ns。

系統(tǒng)安裝接口負(fù)載

熱接口區(qū)域和電氣接口區(qū)域的負(fù)載有相應(yīng)的最大限制，分別不超過(guò) 12kg 和 25kg，且需均勻分布在指定區(qū)域。

微鏡陣列特性

微鏡陣列的物理特性包括有源列數(shù)為 1920，有源行數(shù)為 1080，微鏡間距為 5.4 微米，有源陣列寬度為 10.368mm，有源陣列高度為 5.832mm，微鏡有源邊框（頂部/底部）為 80 個(gè)微鏡/邊，微鏡有源邊框（右側(cè)/左側(cè)）為 84 個(gè)微鏡/邊。光學(xué)特性方面，微鏡傾斜角度在不同測(cè)試條件下有一定的變化范圍，圖像性能在不同屏幕和區(qū)域也有相應(yīng)的要求，如在活動(dòng)區(qū)域的亮像素、暗像素、相鄰像素和不穩(wěn)定像素?cái)?shù)量等都有規(guī)定。

窗口特性

窗口材料為康寧 Eagle XG，在 546.1nm 處的折射率為 1.5119，在 420nm 至 680nm 波長(zhǎng)范圍內(nèi)，0° - 30° 入射角的最小透過(guò)率和 30° - 45° 入射角的平均透過(guò)率均為 97%。

三、詳細(xì)描述與功能解析

概述

DLP470NE DMD 是一款 0.47 英寸對(duì)角線的空間光調(diào)制器，由高反射鋁微鏡陣列組成，是電輸入、光輸出的微機(jī)電系統(tǒng)（MEMS），電氣接口為低壓差分信號(hào)（LVDS）。它由二維 1 位 CMOS 存儲(chǔ)單元陣列組成，微鏡的正負(fù)偏轉(zhuǎn)角可通過(guò)改變底層 CMOS 尋址電路的地址電壓和微鏡復(fù)位信號(hào)（MBRST）單獨(dú)控制。該器件必須與 DLPC4420 顯示控制器和 DLPA100 電源及電機(jī)驅(qū)動(dòng)器配合使用，以確?？煽窟\(yùn)行。

功能框圖

從功能框圖可以看出，Channels C 和 D 的引腳細(xì)節(jié)可參考引腳配置和功能以及 LVDS 接口部分。RESET_CTRL 在需要外部復(fù)位信號(hào)的應(yīng)用中使用。

特性描述

電源接口

DMD 需要五個(gè)直流電壓：DMD_P3P3V、DMD_P1P8V、VOFFSET、VRESET 和 VBIAS。DMD_P3P3V 由 DLPA100 電源和電機(jī)驅(qū)動(dòng)器產(chǎn)生，用于在 DMD 板上創(chuàng)建其他四個(gè) DMD 電壓，并為各種外設(shè)供電；DMD_P1P8V 由 TI PMIC LP38513S 產(chǎn)生，提供 DMD 所需的 VCC 電壓；VOFFSET（10V）、VRESET（ - 14V）和 VBIAS（18V）由 TI PMIC TPS65145 產(chǎn)生，用于控制微鏡。

時(shí)序

數(shù)據(jù)手冊(cè)提供了器件引腳處的時(shí)序信息。在進(jìn)行輸出時(shí)序分析時(shí)，需要考慮測(cè)試儀引腳電子設(shè)備及其傳輸線效應(yīng)。系統(tǒng)設(shè)計(jì)人員可使用 IBIS 或其他仿真工具將時(shí)序參考負(fù)載與系統(tǒng)環(huán)境相關(guān)聯(lián)。

器件功能模式

DMD 的功能模式由 DLPC4420 顯示控制器控制，具體可參考 DLPC4420 顯示控制器數(shù)據(jù)手冊(cè)或咨詢(xún) TI 應(yīng)用工程師。

光學(xué)接口與系統(tǒng)圖像質(zhì)量考慮

數(shù)值孔徑和雜散光控制

照明和投影光學(xué)器件在 DMD 光學(xué)區(qū)域的數(shù)值孔徑所定義的角度應(yīng)相同，且不應(yīng)超過(guò)標(biāo)稱(chēng)器件微鏡傾斜角度，否則可能導(dǎo)致對(duì)比度下降和出現(xiàn)不良偽像。

光瞳匹配

TI 的光學(xué)和圖像質(zhì)量規(guī)格假設(shè)照明光學(xué)器件的出射光瞳在投影光學(xué)器件的入射光瞳中心 2° 范圍內(nèi)。光瞳失準(zhǔn)可能會(huì)在顯示邊框和活動(dòng)區(qū)域產(chǎn)生不良偽像，可能需要額外的系統(tǒng)孔徑來(lái)控制。

照明過(guò)填充

應(yīng)設(shè)計(jì)照明光學(xué)系統(tǒng)，限制照射在窗口孔徑上的過(guò)填充光通量，使其不超過(guò)活動(dòng)區(qū)域平均通量水平的約 10%，以避免產(chǎn)生偽像。

微鏡陣列溫度計(jì)算

微鏡陣列溫度無(wú)法直接測(cè)量，需通過(guò)封裝外部測(cè)量點(diǎn)、封裝熱阻、電功率和照明熱負(fù)載進(jìn)行解析計(jì)算。計(jì)算公式為 $T{ARRAY }=T{CERAMIIC }+left(Q{ARRAY } × R{ARRAY-TO-CERAMIC }right)$ ，其中 $Q{ARRAY }=Q{ELECTRICAL }+left(Q_{ILLUMINATION }right)$ 。

微鏡功率密度計(jì)算

通過(guò)總測(cè)量光功率、照明過(guò)填充百分比、有源陣列面積以及感興趣波長(zhǎng)帶的光譜與總光譜光功率的比率，計(jì)算不同波長(zhǎng)帶的照明光功率密度。

微鏡著陸/著陸關(guān)占空比

定義

微鏡著陸/著陸關(guān)占空比表示單個(gè)微鏡處于開(kāi)啟狀態(tài)的時(shí)間百分比與處于關(guān)閉狀態(tài)的時(shí)間百分比。

與 DMD 使用壽命的關(guān)系

長(zhǎng)期使 DMD 微鏡陣列（有源陣列）處于不對(duì)稱(chēng)著陸占空比狀態(tài)會(huì)降低 DMD 的使用壽命。

與 DMD 工作溫度的關(guān)系

DMD 工作溫度和著陸占空比相互作用影響 DMD 使用壽命，可通過(guò)降額曲線來(lái)量化這種影響。

估算方法

根據(jù)顯示的圖像內(nèi)容來(lái)估算產(chǎn)品或應(yīng)用的長(zhǎng)期平均著陸占空比，考慮顏色再現(xiàn)時(shí)，可使用相應(yīng)的計(jì)算公式。

四、應(yīng)用與實(shí)現(xiàn)

應(yīng)用信息

TI 的 DLP 技術(shù)是一種微機(jī)電系統(tǒng)（MEMS）技術(shù)，通過(guò)數(shù)字微鏡器件（DMD）調(diào)制光。DLP470NE 適用于家庭影院、數(shù)字標(biāo)牌、交互式顯示器、低延遲游戲顯示器和便攜式智能顯示器等應(yīng)用。TI 最新一代芯片組基于 TRP 微鏡技術(shù)，具有更小的像素間距和更大的傾斜角度，能在更小的外形尺寸下實(shí)現(xiàn)更高分辨率和增強(qiáng)的圖像處理功能。

典型應(yīng)用

DLP470NE 數(shù)字微鏡器件（DMD）與 DLPC4420（或 DLPC4430）數(shù)字控制器和 DLPA100 電源管理設(shè)備結(jié)合，可為明亮、多彩的顯示應(yīng)用提供全高清分辨率。

設(shè)計(jì)要求

DLP470NE 投影系統(tǒng)由 DMD 芯片組組成，包括 DLP470NE、DLPC4420 和 DLPA100。DLP470NE 作為顯示系統(tǒng)的核心成像設(shè)備，DLPC4420 控制器是 DMD 與系統(tǒng)其他部分的數(shù)字接口，DLPA100 電源管理設(shè)備為 DMD、控制器和照明功能提供電壓調(diào)節(jié)器。顯示系統(tǒng)的其他核心組件包括照明源、光學(xué)引擎、其他電氣和機(jī)械組件以及軟件。

詳細(xì)設(shè)計(jì)程序

連接 DLPC4420 顯示控制器和 DLP470NE DMD 可參考參考設(shè)計(jì)原理圖。完整的 DLP 系統(tǒng)需要包含 DLP470NE DMD、相關(guān)照明源、光學(xué)元件和必要機(jī)械組件的光學(xué)模塊或光引擎。

應(yīng)用曲線

使用 LED 照明時(shí)，LED 電流與亮度之間存在典型的關(guān)系曲線。

DMD 芯片溫度傳感

DMD 內(nèi)置熱二極管，可測(cè)量微鏡陣列外芯片一角的溫度。熱二極管可與 TMP411 溫度傳感器接口，通過(guò) $I^{2} C$ 接口將數(shù)據(jù)傳輸?shù)?DLPC4420 顯示控制器，實(shí)現(xiàn)溫度傳感功能。軟件應(yīng)用可配置 TMP411 讀取 DMD 溫度傳感器二極管的數(shù)據(jù)，用于調(diào)整照明、風(fēng)扇速度等。

五、電源供應(yīng)與布局建議

電源供應(yīng)

DMD 運(yùn)行需要 VSS、VBIAS、VCC、VOFFSET 和 VRESET 等電源，電源的上電和下電順序由 DLP 顯示控制器嚴(yán)格控制。上電時(shí)，VCC 必須先啟動(dòng)并穩(wěn)定，然后再施加 VOFFSET、VBIAS 和 VRESET 電壓，且 VBIAS 和 VOFFSET 之間的電壓差必須在規(guī)定范圍內(nèi)。下電時(shí)，VCC 必須在 VBIAS、VRESET 和 VOFFSET 放電到規(guī)定范圍內(nèi)后再切斷。

布局建議

布局指南

DLP470NE DMD 板是高速多層 PCB，主要使用雙邊緣時(shí)鐘速率高達(dá) 400MHz 的高速數(shù)字邏輯處理 DMD LVDS 信號(hào)，其余為低速數(shù)字 LVTTL 信號(hào)。建議使用微型電源平面用于 VOFFSET、VRESET 和 VBIAS，使用實(shí)心平面用于 DMD_P3P3V（3.3V）、DMD_P1P8V 和接地。PCB 的目標(biāo)阻抗為 50Ω ±10%，LVDS 走線為 100Ω ±10% 差分。推薦使用 8 層堆疊。

布局示例

包括各層的名稱(chēng)、銅重量和注釋?zhuān)约疤厥庾杩挂?、走線寬度和間距等方面的建議。例如，C 通道和 D 通道的 LVDS 差分對(duì)的阻抗為 100Ω ±10% 差分，GND、DMD_P3P3V、DMD_P1P8V 等信號(hào)的走線寬度應(yīng)盡量最大化。

六、設(shè)備與文檔支持

第三方產(chǎn)品免責(zé)聲明

TI 發(fā)布的與第三方產(chǎn)品或服務(wù)有關(guān)的信息不構(gòu)成對(duì)其的認(rèn)可或擔(dān)保。

設(shè)備支持

包括設(shè)備命名法和設(shè)備標(biāo)記的相關(guān)信息，設(shè)備標(biāo)記包含可讀信息和二維矩陣代碼，二維矩陣代碼包含 DMD 部件編號(hào)、序列號(hào)的部分信息。

文檔支持

提供與 DLP470NE 芯片組組件相關(guān)的文檔，如 DLPC4430 顯示控制器數(shù)據(jù)手冊(cè)、DLPC4420 顯示控制器數(shù)據(jù)手冊(cè)和 DLPA100 電源和電機(jī)驅(qū)動(dòng)器數(shù)據(jù)手冊(cè)。

接收文檔更新通知

可在 ti.com 上的設(shè)備產(chǎn)品文件夾中注冊(cè)接收文檔更新通知。

支持資源

TI E2E? 中文支持論壇是工程師獲取解答和設(shè)計(jì)幫助的重要資源。

商標(biāo)與靜電放電警告

TI E2E? 和 DLP? 是德州儀器的商標(biāo)。靜電放電（ESD）可能損壞集成電路，應(yīng)采取適當(dāng)?shù)念A(yù)防措施。

術(shù)語(yǔ)表

提供 TI 術(shù)語(yǔ)表，解釋相關(guān)術(shù)語(yǔ)、首字母縮略詞和定義。

修訂歷史

記錄文檔的修訂歷史，包括從不同版本的修訂內(nèi)容，如更新主控制器、添加支持的顯示控制器、更新推薦工作條件等。

通過(guò)以上對(duì) DLP470NE 的詳細(xì)解析，相信大家對(duì)這款數(shù)字微鏡器件有了更深入的了解。在實(shí)際設(shè)計(jì)和應(yīng)用中，我們需要根據(jù)具體需求，充分考慮其各項(xiàng)技術(shù)規(guī)格和特性，以實(shí)現(xiàn)最佳的顯示效果和系統(tǒng)性能。你在使用 DLP470NE 或其他類(lèi)似器件時(shí)，遇到過(guò)哪些問(wèn)題呢？歡迎在評(píng)論區(qū)分享交流。